與機(jī)器人握手，為何那么難

嬰兒1周歲就可以抓鬮了，但讓一個機(jī)器人學(xué)會抓握，卻是上百篇頂級期刊論文都講不清楚的事。

科學(xué)家告訴我們，比起下棋像人、說話像人、走路像人，讓機(jī)器人拿起一只氣球或端起一只玻璃杯，是更難辦的事。甚至在10年前，學(xué)術(shù)圈里就曾流行一句話：“不要跟機(jī)器人握手?！?/p>

為什么這么說？原來，過去的機(jī)器人沒有觸覺，無法控制力道，與人握手時不懂得什么時候該松開，一不小心就可能把人手部的骨頭捏碎。機(jī)器人身上少了一樣人類器官，而且是面積最大的那個：皮膚。

沒有皮膚，機(jī)器人就難以擁有發(fā)達(dá)的觸覺。電影史上經(jīng)典的機(jī)器人形象之一剪刀手愛德華，一不小心就傷到人的場景，在如今的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室里仍不鮮見。正因此，我們已經(jīng)津津樂道于機(jī)器人寫作文、下象棋，但還聽不到機(jī)器人嫻熟地完成家務(wù)活的消息。

觸覺，其實(shí)是多種感知信息的“合體”：接觸的位置，接觸力的大小和方向，接觸物（甚至未接觸物）的溫度、紋理、硬度……我們的皮膚極其精準(zhǔn)地捕捉到這些信息的蛛絲馬跡并傳遞給大腦后，我們的許多習(xí)焉不察的反應(yīng)與動作就會啟動。可以說，皮膚不只是身體表面那層將近2平方米的附著物，更是人與周遭世界的溝通紐帶、互動方式。

那么，給機(jī)器人加一身皮膚，機(jī)器人可以像人一樣感知環(huán)境、適應(yīng)環(huán)境嗎？

電子皮膚，到底什么樣

當(dāng)然，電影里的機(jī)器人不都如愛德華一般。

科幻電影《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》的主角機(jī)器人阿麗塔雖然纖瘦，卻是一名“六邊形戰(zhàn)士”。她的戰(zhàn)斗力源自一身“黑科技”，其中就包括觸覺比人類還靈敏的電子皮膚。

電子皮膚能讓機(jī)器人全面感知自己的身體和周邊環(huán)境，已經(jīng)成為今日機(jī)器人學(xué)重要的研究領(lǐng)域。借助電子皮膚擁有觸覺后，機(jī)器人能更充分、精準(zhǔn)地讀取環(huán)境中的壓力信號，行動也就更為靈活、有效。電子皮膚可賦予未來的機(jī)器人一雙“巧手”，實(shí)施高精準(zhǔn)度的手術(shù)可能都不在話下。

人的皮膚由表皮、真皮、皮下組織構(gòu)成，電子皮膚也是類似的“三明治”結(jié)構(gòu)，由電極材料、活性材料、柔性襯底組成。電極材料作為電連接層，位于活性材料的兩側(cè)，負(fù)責(zé)接收和傳輸電信號；活性材料的功能是將環(huán)境刺激轉(zhuǎn)換為可檢測的電信號；柔性襯底則負(fù)責(zé)支撐電子皮膚，并將其與機(jī)器人軀體貼合在一起。

開發(fā)一款電子皮膚，首先要解決的是材料“柔”的問題。能作為皮膚的材料必須是柔性、可拉伸的，而不是剛硬、易破裂的。

科學(xué)界現(xiàn)在有三種探索方向。第一種著眼于物理柔性，努力開發(fā)尺度更小的材料。比方說，柔軟又有高度生物相容性的納米硅就可以作為生化傳感器，一定程度上實(shí)現(xiàn)皮膚功能。第二種則寄望于結(jié)構(gòu)柔性。努力開發(fā)金屬等物質(zhì)的各種新奇力學(xué)結(jié)構(gòu)，彈簧、螺旋、蛇形……將傳統(tǒng)硬質(zhì)材料改造為具備良好的拉伸、彎曲能力的新材料。還有的科學(xué)家試圖突破本征柔性，通過高分子工程改變聚合物材料性質(zhì)，使其具備高拉伸特性，甚至兼具自我修復(fù)功能。

開發(fā)電子皮膚，還得在感知功能上下功夫。傳感是機(jī)器感知環(huán)境的基礎(chǔ)，感知壓力、溫度，判斷觸摸的不同物體，分辨手里拿的究竟是一顆桃子還是一顆雞蛋，無不需要傳感器。觸覺傳感器要盡可能充分地獲得相接觸物體表面的種種特性，對傳感靈敏度要求尤其高。

此外，傳感器捕捉到的信號如何高效傳輸，也是個問題。關(guān)鍵就在于，如何讓信號在傳輸?shù)綑C(jī)器人“大腦”的過程中盡量少有耗損。

實(shí)際上，電子皮膚不只是機(jī)器人的下一代裝備，我們?nèi)祟愖约阂病爸档脫碛小薄?/p>

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方興未艾的今天，電子皮膚可能是人類漫游元宇宙的重要助力。在虛擬世界中，電子皮膚能最大限度地還原觸覺，不僅能使人近乎真實(shí)地“摸”到虛擬物體，甚至能還原清風(fēng)、水流、火焰帶給人們的感覺，極大地提升沉浸感和真實(shí)感。

此外，對燒傷燙傷患者、截肢患者來說，電子皮膚可使他們重獲觸覺，繼續(xù)享受美好生活。

對健全人而言，電子皮膚可以起到一種人體健康監(jiān)測設(shè)備的作用。電子皮膚與人體直接接觸，能夠借由高精度傳感器直接測量我們實(shí)時的身體數(shù)據(jù)（比方說心率、體溫、血糖、血壓），相當(dāng)于精密程度躍升的“健康手環(huán)”。目前這類技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)品也將逐步進(jìn)入市場。

其實(shí)，科學(xué)家還有更大膽的想法——將智能手機(jī)的功能融入電子皮膚。如果電子皮膚的傳感器足夠敏銳、電路暢通且性能穩(wěn)定，通過“點(diǎn)擊”電子皮膚的不同位置來收發(fā)消息、接打電話，是不是也順理成章？

也許到那時，我們真的就可以丟下手機(jī)，輕裝出門了。

（ 林一摘自微信公眾號“半月談”，插圖由視覺中國AI生成）